(57)【要約】【課題】従来は、尿成分の測定において、試薬や標準液や緩衝液等の消耗品があり、メンテナンスが煩わしく、ランニングコストが高いという問題がある。また、メンテナンスフリーの光学測定方式を用いた場合、測定対象の尿糖等は微量であるため、非常に高い測定精度が必要であり、温度変化により、測定精度が低下するという問題がある。【解決手段】尿成分を測定するための測定光学ユニットと、採尿ユニットと、演算・表示ユニットを有し、前記測定光学ユニット、及び前記採尿ユニットが、温調機能により体温近傍に温調され、尿成分測定時のみ、前記採尿ユニットが突出することを特徴とする便座である。【選択図】        図１  
2005265652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿成分を測定するための測定光学ユニットと、採尿ユニットと、演算・表示ユニットとを有し、前記測定光学ユニットおよび前記採尿ユニットが、温調機能により体温近傍に温調され、尿成分測定時のみ、前記採尿ユニットが突出する便座。
【請求項２】
尿成分を測定するための測定光学ユニットと、演算・表示ユニットとを有し、前記測定光学ユニットが、温調機能により体温近傍に温調され、尿成分測定時のみ、前記測定光学ユニットが突出する便座。
【請求項３】
便座尻当て部の温調機能を利用し、前記測定光学ユニットおよび前記採尿ユニットを温調することを特徴とする請求項１に記載の便座。
【請求項４】
便座尻当て部の温調機能を利用し、前記測定光学ユニットを温調することを特徴とする請求項２に記載の便座。
【請求項５】
尿の旋光度を測定し、尿中の所望の成分の濃度を測定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の便座。
【請求項６】
尿成分測定前に較正物質の旋光度を測定し、該較正物質の旋光度と前記尿の旋光度それぞれの測定結果の差異から尿の旋光度を求め、尿成分を測定しない時は、試料セルが前記較正物質で満たされており、体温近傍に温調されていることを特徴とする請求項５に記載の便座。
【請求項７】
前記測定光学ユニットおよび前記採尿ユニットを体温±１℃の範囲に温調することを特徴とする請求項１、請求項３、請求項５または請求項６に記載の便座。
【請求項８】
前記測定光学ユニットを体温±１℃の範囲に温調することを特徴とする請求項２、請求項４、請求項５または請求項６に記載の便座。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、便座に関し、尿中の物質、例えば糖類、アミノ酸、蛋白質、ビタミン等の濃度を光学式に非接触で尿成分を測定する装置に関するものである。特に、測定物質の旋光度に着目し、試料の旋光度を測定することにより、所望の成分の濃度を測定する。特に、尿糖を測定対象とし、糖尿病予備軍の健康管理に役立たせることを目的とする尿成分測定機能を持った便座に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、尿成分の検査方法として、試験紙を用いる方法が一般的に行われている。これは、検査項目に応じた試薬を塗布された試験紙を用い、紙コップ等に尿を採り、これに試験紙を浸し、化学反応による試薬の色の変化から、尿成分の分析を行うものである。色の変化の検出としては、目視によるものと、光センサーによる検出方法がある。
【０００３】
また、尿糖の測定には、酵素電極法が用いられ、グルコースオキシターゼ（GOD）により、尿中のグルコースが化学反応を起こし、その際に発生する電流を測定し、尿糖値を定量するものである。
【０００４】
さらに、光学的な測定方法を用いて、尿成分を測定する方法も提案されている。例えば、尿に光を照射し、その旋光性を測定する方法、分光吸光度を測定することにより、尿成分の検出を行うこと等が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。  また、光学式測定法を用いた便座が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１４５６０５号公報  （図６）
【特許文献２】特開２０００−２５８４１１号公報  （図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
試験紙法や酵素電極法のように化学反応による尿成分の検出を行う場合、試薬や標準液や緩衝液等の消耗品があり、メンテナンスが煩わしく、ランニングコストが高いという問題がある。
【０００７】
また、光学式測定法を用いた場合、測定対象の尿糖等は微量であるため、非常に高い測定精度が必要であり、温度、気圧等の環境の変化の影響により、測定精度が低下するという問題がある。
【０００８】
特に、旋光度測定方式の場合、測定光学系を構成する光学部品の光学特性の温度依存性が、測定値へ影響を与え、温度の変化により測定値が変化するという問題がある。
【０００９】
旋光性の無い較正物質の測定を試料の測定前後どちらかで行い、その差異から試料の旋光度を求め、試料以外の変動の影響をキャンセルする方法が考えられる。較正物質としては、例えば水が考えられ、便座の場合、比較的容易にこれを引き回すことが可能である。これにより、環境温度等の比較的ゆっくりした変化はキャンセルすることができ、測定精度を向上させることができる。しかし、試料である尿は、排泄直後は、ほぼ体温と同一で36℃前後と、室温に比べ10℃以上高い場合も考えられ、試料セルに尿を導くだけで、温度変化が生じ、測定値の変動をもたらすという問題がある。
【００１０】
便座の測定光学ユニットに温度センサーを設け、温度を検知し、測定値を補正することも考えられるが、尿による温度変化は急激であり、条件により、測定光学ユニットの温度勾配も変化すると考えられ、十分な補正を行うためには、複数の温度センサーを設けるなど、装置が複雑化するという問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した課題を解決するために、本発明の便座は、尿成分を測定するための測定光学ユニットと、採尿ユニットと、演算・表示ユニットを有し、測定光学ユニット、及び採尿ユニットが、温調機能により体温近傍に温調され、尿成分測定時のみ、採尿ユニットが突出し、尿成分の測定を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の便座は、尿成分を測定するための測定光学ユニットと、演算・表示ユニットを有し、測定光学ユニットが、温調機能により体温近傍に温調され、尿成分測定時のみ、測定光学ユニットが突出し、尿成分の測定を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の便座は、便座尻当て部の温調機能を利用し、測定光学ユニット、及び採尿ユニットを温調することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の便座は、便座尻当て部の温調機能を利用し、測定光学ユニットを温調することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の便座は、尿の旋光度を測定し、尿中の所望の成分の濃度を測定することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の便座は、尿成分測定前に較正物質の旋光度を測定し、２つの旋光度の測定結果の差異から試料の旋光度を求め、非測定時は、試料セルが較正物質で満たされており、体温近傍に温調されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の便座は、測定光学ユニット、及び採尿ユニットを体温±１℃の範囲に温調することが好ましい。
【００１８】
（作用）
光学的に尿成分の検出を行う原理、ここでは、旋光性を持った尿成分（グルコース、ビタミン、蛋白質等）の検出を行う原理について概要を述べる。偏光面の回転角度、すなわち旋光角は、試料の濃度と光路長に比例するため、光路長が既知の場合、旋光角を測定することにより旋光性物質の成分濃度が分かる。直線偏光を試料に入射させ、試料を透過した光束を検光子へ入射させ、フォトダイオードにより光電変換し、検光子を回転したときに得られる信号強度から旋光角を求めることができる。
【００１９】
偏光子の透過軸に対する検光子の透過軸の傾きをθとし、試料による旋光角をαとすると、フォトダイオードで受光する光強度Iは、I=T×I0cos2(θ-α)（式１）となる。ここで、Tは試料、偏光子及び検光子の反射や吸収による減衰全てを考慮した透過率、I0は入射光の強度を表す。式１より分かる様に、検光子の回転に伴い、回転角度π(rad)毎に極小点が得られる。この極小点における検光子の角度より旋光角を求める事ができる。高精度・高感度化のために、偏光面振動方式が用いられており、以下、図５を用いて説明する。光源１２１から出射した単色光は、偏光子駆動回路１２９により周波数ｆ、角振幅θで振動している偏光子１２２に入射し、偏光面が回転振動する直線偏光になる。この光束を試料１２５に入射させ、検光子１２３を透過させると周波数ｆの信号がフォトダイオード１２４より得られる。このとき試料１２５の旋光度により、偏光面がαだけ回転している
とすると、偏光子１２２と検光子１２３を直交配置しておけば、試料１２５が右旋光か左旋光かにより位相の反転した信号が得られる。フォトダイオード１２４より得られる信号を増幅回路１２６で増幅し、整流/濾波回路１２７で同期・整流し、位相を求め、その位相に応じて、検光子駆動回路１２８を介して検光子１２３を正逆いずれかに回転させ、透過光量が最小となるように光学的零位法により検光子角度を決定する。平衡点における検光子角度が試料の旋光角に対応する。
【００２０】
偏光面を振動・回転させる方法として、機械的に偏光子を回転させる方法の他、ファラデー効果を利用するファラデーローテータや、液晶素子を用いる方法がある。
【００２１】
ここで、液晶素子を用いて、偏光面を振動・回転させる方法として、ホモジニアス型液晶素子と４分の１波長板を組み合わせた変調方法について説明する。ホモジニアス型液晶は、断面方向で見たとき、液晶分子長軸が上下を挟む透明基板と平行になっており、また、ねじれ構造は持っていないため、平面方向で見たときも上下基板で平行に配向されている。液晶分子は、分子長軸と短軸方向で屈折率差Δｎを持っており、液晶分子に電界を印加すると、電界に沿って液晶分子が立ち上がり、分子長軸方向に振動する偏光に対して屈折率が変化する。これによって、電界制御の可変波長板として機能させることができる。
【００２２】
ホモジニアス型液晶素子に液晶分子長軸と４５度傾斜した直線偏光を入射させると、液晶分子長軸と平行な電界成分と垂直な電界成分で、位相差2πΔｎ・ｄ／λ（ｄ：液晶層の厚さ、λ：波長）が生じ、偏光状態が変化し、直線偏光が楕円偏光になる。このとき、楕円偏光の方位角は入射直線偏光に平行（もしくは直交）となっている。従って、入射直線偏光の偏光軸と光軸を合わせた４分の１波長板を透過させることにより、直線偏光となる。このときの偏光軸の変化が、液晶素子で受けた位相差に比例する。すなわち、液晶素子に印加する電圧により、位相変調量を制御し、ひいては旋光角度を制御することができる。
【００２３】
このような測定方法を用いる場合、測定光学系は、主に、発光素子、偏光子、旋光変調素子、波長板、試料セル、受光素子から構成され、すべての光学素子は温度特性を持っており、温度変化が、測定値の変動の要因となる。
【００２４】
従って、測定光学系の恒温化は、測定値の安定性の向上、ひいては、測定精度の向上に効果がある。
【００２５】
一方、排泄直後の尿の温度は、体温と同一であり、室温と比べ、大抵の場合、高くなっており、温調をしない場合、測定光学系と尿の温度差により、測定光学ユニットの温度変化をもたらし、測定値の変動の要因となる。従って、測定光学ユニットや較正物質を、測定前から、体温もしくはその近傍に温調しておけば、測定試料の導入時の温度変化を最小に抑えることができ、測定値の変動を最小にすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によると、測定光学ユニット及び、採尿ユニットが、それぞれ便座の温調機能を利用して、恒温制御されており、環境温度の変化による測定値の変動が生じないため、測定精度が高くなる。
【００２７】
また、便座の温調機能を利用することが可能で、新たな温調装置を付加する必要が無く、装置の複雑化、大型化を避けることができる。
【００２８】
また、温調範囲を体温±１℃とすることにより、尿の温度とほぼ等しくでき、尿を採取したときの温度変化が生ぜず、測定精度の低下を防ぐことができる。さらに、試料セルに
水を入れた状態で温調することにより、水を使った較正において、温度変化の影響を最小限にでき、測定精度の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明に関して、好適な実施形態を挙げ、図を用いて説明する。
【００３０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態を示す便座の正面図を示している。図１に示すように、測定光学ユニット１３は、便座内部に保持されており、採尿ユニット１２も、非測定時には便座内部に保持されており、便座の温調機能により、体温に近い温度に調整されている。便座には、座ったときの冷たい感触を嫌い、ヒーター２０を設け、温調機能を持たせたものが一般的であり、この温調機能により、採尿ユニット１２と測定光学ユニット１３の温調を行うことができる。
【００３１】
尿成分測定の手順を、図１を用いて説明する。始めに、便座のアーム１５に備えられた測定開始のスイッチを押すことにより、採尿ユニット１２が便座より突出してくる。採尿ユニット１２には、尿を受けるための凹部が形成されており、また、凹部内には尿検知センサーが設置されており、尿が尿受けに溜まることにより、採尿を開始する。採尿はポンプ１８により吸引されて行われ、導尿路１７を通り、光学測定ユニット１３に導かれ、試料セル１４を満たす。所定の量を吸引後、旋光度の測定を開始する。測定終了後、測定値を便座アーム１５内に設けられた演算・表示ユニット１６の表示部に表示する。
【００３２】
採尿ユニット１２には、別の水路が設けられており（図示せず）、採尿後の洗浄に用いている。測定終了後、採尿ユニット１２は、便座内部に収納されると同時に、水路から水道水が供給され、ポンプ１８により吸引され、導尿路１７、試料セル１４を洗浄し、便器に排水される。
【００３３】
このとき、水道水を試料セル１４内に残すように設定すると、次回使用時までに、便座の温調機能により、試料セル内の水も体温近傍に温調することができる。高精度の旋光度の測定のために、旋光度の無い水による較正は有効であり、体温近傍に温調された水を用いて較正を行えば、温度変化による測定値の変動を最小に抑えることができ、より高い精度の測定が可能となる。
【００３４】
すなわち、尿測定を行う直前に、較正のために温水の旋光度を測定する。測定開始ボタンを押し、採尿ユニットが突出すると同時に、旋光度の測定を開始し、較正終了後、水を排出し、採尿を開始することが考えられる。また、ドアの開閉やトイレ内の人の動きを検知し、便座の蓋の開閉やトイレ内の照明のON/OFFも行われており、これらの装置と連動し、較正を開始することも考えられる。
【００３５】
ここで、望ましい温調範囲について詳しく述べる。図４は、測定光学ユニットの温度特性の一例を示している。横軸は温度であり、縦軸は、尿成分中の主要な測定対象である糖の濃度に換算した測定値を示している。この例では、１℃あたり30mg/dl弱の変動が認めらる。一方、一般に用いられる試験紙では、50mg/dl単位で識別するようになっており、試験紙と同程度の精度を達成するためには、±１℃程度までは許容される。実際には、測定光学ユニットの温度変化は、試料との温度差より小さいため、５℃程度の温度差は許容されるが、より高精度の測定のために、±１℃程度の温度差に温調することが望ましい。
【００３６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について、図を用いて説明する。図２は、第２の実施形態を示す便座を上から見た図を示している。第２の実施形態には、独立した採尿ユニットは無く、測定光
学ユニット１３が可動式となっており、尿測定時に測定光学ユニットが突出してきて、採尿を行う。図２では、採尿部２１に凹部が設けられており、尿がかかり、ある程度溜まると、ポンプ１８により吸引し、試料セル１４に導かれ、測定が開始される。
【００３７】
第１の実施形態と同様に、測定光学ユニット１３は、便座１１の温調機能により、ほぼ体温に調整されている。このため、尿がかかることによる温度変化を最小にすることができ、測定値の変動を無くすことができる。
【００３８】
測定光学ユニット１３は、図３に示すように、採尿部と試料セルを一体化することができ、異物混入を防止するメッシュ状のフィルター３５を介して、試料セル１４に直接尿をかけ、試料を採取することができる。この場合、試料セル１４への吸引が不要となるという利点がある。
【００３９】
測定光学ユニット１３は、図３に示すように、中空のパイプ状の筺体内に光学素子が配置された構造を持っており、発光部３１から出射した光線が、変調部３２により、偏光状態の変調を行い、試料セル１４を透過し、偏光子３３により、所望の偏光状態を取り出し、受光素子３４により、光強度を電気信号に変換する。この電気信号を演算処理することにより、旋光度を求めることができる。旋光度を測定する光学系や算出方法については、多種の方法が考えられ、本発明に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する便座を上から見た図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を説明する便座を上から見た図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を説明する測定光学ユニットを示す断面図である。
【図４】測定光学ユニットの温度特性の一例を示すグラフである。
【図５】旋光度を用いて尿成分を定量化する方法を説明する構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１２  採尿ユニット
１３  測定光学ユニット
１４  試料セル
１６  演算・表示ユニット
２０  ヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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